Транспортні симулятори

Размещено на http://allbest.ru

1. Аналітичний огляд

Створення віртуальних умов для навчання означає зображення визначених подій або процесів через схеми або моделі, створені з допомогою комп'ютера. Такі віртуальні положення називаються «умовними». Імітаційні віртуальні тренажери сприяють збагаченню свідомості, зміцненню теоретичних знань, а також формуванню практичних навиків На сьогоднішній день домінують три основні форми віртуальних тренажерів: спеціалізовані програми, оболонки і web-рішення. Кожній із цих форм властиві обмеження, обумовлені об'єктивними причинами. Для кожної з форм існує певна "ніша" -область застосування.

Рішення на базі Web-технологій найбільш прості і зручні в застосуванні, проте мають дещо обмежені образотворчі і тестові можливості. Віртуальні тренажери, що використовують оболонки, володіють повноцінними засобами відображення і тестування, але недостатньо гнучкі для реалізації на їх базі інтелектуальних тренажерів.

Спеціалізовані програми не мають інших недоліків, окрім складності розробки, але цей недолік може переважити будь-які переваги. Всі спроби перенести систему у важчу "вагову категорію" означають необхідність спеціальних програмних розробок, зменшення гнучкості і ускладнення робіт з системою. При розробці єдиного підходу до комп'ютерних віртуальних тренажерів треба розглядати можливість поєднання різних технологій в процесі створення тренажера, кожна з яких дозволить найефективніше реалізувати ту або іншу функцію тренажера

Симулятори -- програми, що створюють враження дійсності, відображаючи частину реальних явищ і властивостей у віртуальному середовищі. Основним принципом симулятора є точне відтворення особливостей якоїсь тематичної області. Робота симулятора складається з двох частин. У першій частині проходить навчання користувача. У другій частині користувач сам управляє симулятором, при цьому симулятор реагує на помилки так само, як і в реальності.

Симулятор «Парковка машини» від Рromotionproject має на меті не стільки достовірне відтворення реальності, скільки навчання майбутнього водія як правильно повертати кермо при паркуванні. Тому програма має деякі обмеження на функції (наприклад обмеження швидкості). Ця ж фірма створила симулятор «Регулювальник» щоб навчити, чи перевірити знання щодо знаків регулювальника на дорогах.

Дуже відомим є потужний авіасимулятор FlightGear що можу застосовуватись в різних операційних системах сімейства Windows, MacOS X, GNU/Linux і FreeBSD. Він дозволяє пілотувати різні моделі військових та пасажирських літаків, здійснювати злети і посадки в аеропорти більшості країн світу.

Він має покращену систему рендерінга Atmospheric light scattering, що має виключно реалістичні обчислення туману, освітлення для хмар і земної поверхні, світанку, природних явищ, освітлення від місяці і т.ін. Також програмою передбачено реалістичне текстурування земної і водної поверхонь, є «регіональні текстури» характерні для різних регіонів світу, мережеві налаштування. Тут можна планувати політ за допомогою «диспетчера авіапорту». Реалістичне зображення міст забезпечується автоматичною генерацією будинків, а поверхні землі загалом -автоматичною генерацією рослинності, дерев будов.

Компанія Simbionix займається розробкою віртуальних комп'ютерних симуляторів для напрацювання практичних навичок в сфері хірургії. Технології створення віртуальної реальної і тактильної чутливості разом з застосуванням реального інструментарію дозволяють проводити тренування в умовах, що максимально наближені до реальних, але є абсолютно безпечними і для лікаря і для пацієнта. Задачі не мають визначеного сценарія, передбачено можливість виникнення аварійних ситуація для отримання навичок термінового прийняття рішень.

ТОВ НПГ «Традиція» розробляє тренажерні комплекси розважального і професійного напрямків. Створений ними симулятор військової та цивільної техніки Скорпіон - програмно-апаратний комплекс, призначений для імітації польотів з максимальним ефектом реалістичності. Користувач знаходиться в просторі, що імітує кабіну літака.

Перед ним знаходиться штурвал управління і ручка регулювання швидкості. Можливе постачання тренажера з мультисенсорним екраном і управлінням двома руками на екрані, куди виводиться зображення панелі приладів літального апарату. Крісло обладнане віброприводом і акустичною системою, що підсилюють ефект присутності.

До переваг симулятора можна віднести можливості моделювання і розробки різноманітних віртуальних ситуацій при витраті мінімальних фінансових і часових витрат. Також пропонується індивідуальний тренажер TRADITION Trainer 3D VX1 для імітації польотів та навчання керування транспортними засобами. Тут передбачено можливість підключення різних пристроїв керування (джойстики, рулі, штурвали і т.п.), для отримання ефекту присутності має платформу з сервоприводом. Тренажери «Віртуальна сфера» дозволяють побігати в віртуальному просторі, пропонуючи реальні фізичні навантаження відповідно до імітованої в кіберпросторі, дозволяє відпрацьовувати індивідуальні чи групові дії наближені до реальності імітованої ситуації.

Сучасне автомобілебудування вимагає збору точних даних про поведінку водія за кермом, і в цьому питанні компанії часто йдуть авіаційним шляхом. Щоб зрозуміти, як поведеться людина за кермом в тій або іншій ситуації, компанії витрачають мільйони на виготовлення автомобільних симуляторів і різних пристроїв, що вимірюють реакцію, рівень здоров'я і що навіть імітують п'яного водія.

Величезну капсулу заввишки 4,5 метра і діаметром 17 метрів побудувала компанія «Lexus». Для цього симулятора знадобився ангар розміром з футбольне поле, по якому капсула переміщається з величезною швидкістю. У водія-випробувача усередині створюється повне відчуття знаходження в звичайній машині: безліч моніторів імітують реальний огляд на 360 градусів і проектують інші машини, дорогі, будівлі і пішоходів. Все це супроводжується звуком і доповнено симулятором руху: імітується справжнє трясіння, різкі гальмування і так далі. Все це знадобилося японцям для збору даних і поліпшення безпеки своїх машин.

Трохи простіше поступили в компанії «Mercedes-Benz», створивши власну кулясту капсулу усередині якої встановлений справжній седан C-Class. Навколо водія автомобіля -- екран з оглядом 360 градусів, де відображаються проекції реального руху, сама сфера переміщається по рейках завдовжки 12 метрів з максимальною швидкістю 36 км/ч. За допомогою цього симулятора німці удосконалюють безпеку і покращують ергономіку автомобілів. Одною з перших моделей, яку настроювали за допомогою симулятора, став B-Class, що істотно скоротило час і витрати на його проектування.

Гоночний симулятор масою 200 тонн створила компанія «Ferrari» для підготовки пілотів «Формули-1». Цей тренажер розташувався в двоповерховій будівлі площею 180 квадратних метрів, кок-піт гонщика розташований на спеціальній платформі площею 8х12 метрів, навколо -- п'ять екранів, що забезпечують кут огляду в 180 градусів, і акустичну систему Dolby Surround 7.1, потужністю 3,5 тисяч ватів. Вони передають картинку і звук з десяти багатопроцесорних комп'ютерів, що мають 60 гігабайт оперативної пам'яті.

«Ariel Motor Company» і «Motion Simulation Ltd» спільно розробили гоночний симулятор TL1, який забезпечує реалістичну картинку з дозволом близько семи мегапікселей, відчуття повної присутності усередині салону спортивного автомобіля і огляд на 180 градусів. При цьому TL1 може використовуватися не тільки для імітації автогонок, але і як авіаційний симулятор і навіть як пристрій для ігор в шутери. Чим цей пристрій корисний для автовиробників? Та нічим, цей симулятор продається за 19 тисяч доларів будь-якому охочому, але серед покупців є і професійні автогонщики, і спортивні компанії.

Проте не завжди достатньо одних симуляторів. Наприклад, в «Ford» придумали спеціальний костюм, який імітує стан алкогольного сп'яніння у водія! Особливість костюма полягає у вантажах, які розвішені таким чином, що йти по прямій людина не зможе. Доповнюють його окуляри, які обмежують обзорность і створюють розмите зображення. В результаті дослідники «Ford» потрапляють в «шкуру» іншої людини і намагаються знайти безпечні рішення для різних ситуацій. Це не перший костюм, який винайшли в «форді», до «п'яниці» були ще наряди «немолодого водія» і «вагітної жінки».

До речі, «Ford» вправлявся не тільки в костюмах: американці розробили спеціальне крісло, яке здатне розпізнати інфаркт. Датчики в сидінні безперервно прочитують кардіограму, а спеціальна програма аналізу даних може розпізнати передінфарктний стан і попередити про нього водія. Це дозволяє не тільки уникнути аварії, але і залишитися живим людині з хворим серцем.

Подібне крісло водія розробили в 2007 році японські інженери, його датчики уміли передбачати не інфаркт, а стан сну. Грунтуючись на свідченнях пульсу і частоти дихання, система розпізнавала водія, який засинає і вмикала тривогу. Проте у результаті в серійне виробництво «розумні» сидіння запущені не були, як і багато інших розробок, зокрема, і від таких крупних компаній, як «Ford».

Розроблений компанією ТОВ «Форвард» проект City Car Driving" є сімейством програмних продуктів, призначення яких - освіта в області дорожнього руху. Одною з них є «Домашня версія» - сучасний реалістичний симулятор розроблений для навчання водіїв початківців. До переваг і особливостей цього симулятора відносять:

- Водіння в умовах великого міста. Більше всього водіїв початківців лякає водіння в великому місті з дуже інтенсивним дорожнім рухом і великою кількістю складних перехресть. "City Car Driving" допоможе вам освоїтися і подолати первинний страх перед водінням реального автомобіля в непростих міських умовах.

- Відпрацювання базових фізичних навичок управління автомобілем. Більшість учнів, починаючи своє навчання в автошколах, ніколи раніше не сиділи за кермом справжнього автомобіля. Це приводить до певних складнощів в освоєнні автомобіля і постійній плутанині в органах керування. Симулятор допоможе виробити початкові фізичні навики роботи з органами управління автомобіля: навчить правильно працювати кермом і педалями, упевнено включати потрібну передачу, прийомам правильного рулювання і тому подібне.

- Стандартні і розширені вправи на автодромах. За допомогою "City Car Driving" можна відпрацювати як основні вправи на автодромі, що обов'язково здають на іспиті, так і нові - розширені, які дозволяють краще відчути автомобіль. .

- Реалістичний трафік і дорожні ситуації.

Інтенсивний дорожній рух, жвава дорожня обстановка, реалістична поведінка учасників дорожнього руху - все це допоможе підготуватися до особливостей і складнощів водіння в реальних дорожніх умовах.

- Унікальна система контроля правил дорожного руху.

Система контроля ПДР і статистики, використана в учбовому симуляторі, вчасно видає попередження про порушення і запам'ятовує їх. Також вона видає учневі поради, як правильно діяти в тій або іншій ситуації. Після навчальної поїздки всю історію порушень можна подивитися в меню в розділі "Статистика".

- Великий віртуальний простір і різноманітність доріг, перехресть, розв'язок. Вулиці (вузькі і багатосмугові), перехрестя різної складності і конфігурації (регульовані і нерегульовані), світлофори (в т.ч. з додатковими секціями), перехрестя з круговим рухом, мости, тунелі, залізничні переїзди і заплутані розв'язки - всі ці особливості автосимулятора дозволяють побувати практично в будь-якій дорожній ситуації. Окрім міських вулиць, є можливість проїхати по автомагістралі, заміському шосе і путівцю, що допоможе відчути кардинальну різницю у водінні автомобіля на різних типах дорожнього покриття. Дорожні знаки і розмітка відповідають Гостам. Штучні нерівності ("лежачі поліцейські"), що часто зустрічаються на дорогах, також імітуються.

- Реалістична фізика поведінки і руху автомобіля. Могутній фізичний движок дозволяє також імітувати реалістичну реакцію на зіткнення з перешкодами і іншими автомобілями.

- Високоякісна сучасна графіка. Ландшафт, будинки, вулиці і дороги, зроблені до найдрібніших деталей; високоякісні моделі машин; детально відтворена панель приладів; а також реалістичні погодні умови (хмарна і ясна погода, дощ, туман) і час доби (ранок, вечір, день, ніч).

На жаль, коректна робота програми на ноутбуках і неінтегрованих відеокартах не гарантується.

Ще одною розробкою є «Підготовка до екзамену з правил дорожнього руху» що є мультимедійною інтерактивною допомогою для самостійної перевірки знань правил дорожнього руху і підготовки до здачі кваліфікаційного екзамена із старої і нової методики прийому іспиту на отримання права керування транспортними засобами категорій: "А", "В", "С", "D". Програма включає розділи: Правила ДР, правові основи, перша медична допомога, відомості про функціонування автомобіля, приклади виконання вправ на автодромі та ін.

Також як приклад можемо розглянути білоруський проект ADrive.by - симулятор керування машиною з дотриманням правил дорожнього руху. Одною з основних складнощів, з якою стикаються кандидати, водії при підготовці до останнього етапу практичного іспиту в ДАІ - водінню в місті, полягає в тому, що вулиці міста, по яких належить здавати водіння, закриті для навчальної їзди. Симулятор іспиту в ДАІ ADrive1.5.5 дозволяє пропрацювати всі складні місця і поширені маршрути ДАІ і добре підготуватися до практичного екзамену з водіння. З якісною графікою вивчення маршрутів ДАІ, віртуального міста, перехресть, дорожніх знаків і дорожньої розмітки приносить задоволення, а віртуальне водіння і імітація дорожнього руху (міського трафіку) дозволяє асоціювати себе з справжнім учасником дорожнього руху.

В даний час застосування сучасних інтерактивних тренажерів дозволяє вирішити наступні завдання:

1. Економія засобів і часу на навчання:

o економія засобів за рахунок того, що для отримання практичного навику відсутня необхідність використовувати дороге устаткування, витратні матеріали та інше;

o економія часу за рахунок того, що спрощується доступність тренажера для великої кількості користувачів одночасно (кількість одночасного навчання не обмежена);

2. Вироблення і закріплення навичок в процесі навчання і віртуального тренування, в областях, де немає можливості провести тренування в реальних умовах або навчання в реальних умовах коштує дуже дорого (підготовка медиків, військових, роботи пов'язані з ліквідацією результатів крупних аварій, небезпечна ремонтна діяльність і інше).

Залежно від конкретного призначення інтерактивні тренажери дозволяють:

1. Побачити роботу зразка (виробу, агрегату, двигуна, реактора, зброї, живого організму і іншого) при цьому використовуючи можливість видаляти або робити прозорими будь-які деталі (частини), які перешкоджають огляду решти частин;

2. Вивчити будову зразка (склад вузлів і механізмів);

3. Вивчити порядок розбирання/збирання зразка;

4. Проводити тренінги, направлені на розвиток навику роботи із зразком (виконання різних робочих операцій);

5. Провести тренінги, направлені на розвиток навику по регламентному ремонту та/або аварійному ремонту зразка (у разі проведення регламентних і аварійних ремонтних робіт);

6. Провести тестування наявних знань по роботі із зразком в робочому, ремонтному і аварійному режимі, а також виявити знання будови і роботи зразка.

В разі розміщення тренажерів в глобальній мережі Internet, дозволяє:

1. Проводити навчання і тренінги персоналу в віддаленому режимі;

2. Проводити віддалене тестування персоналу;

3. Формувати програми з розвитку і навчання персоналу в крупних інтернаціональних компаніях і значно здешевити процес навчання і атестації;

4. Створювати платні всесвітні тренінг центри для компаній всього світу.

Такі продукти в першу чергу зможуть значно прискорити навчання, а також зробити процес навчання значно дешевше (у багатьох випадках вартість і терміни навчання скорочуються в десятки і навіть сотні разів) в таких сферах діяльності підприємств як:

1. Дослідницька (моделювання процесів, відтворення яких в реальних умовах або не можливо, або дуже дорого);

2. Медична (тренування по проведенню різних операцій, вивчення будови тіла і його частин);

3. Будівельна (тренування навиків по виконанню будівельних робіт в складних умовах або труднодоступних місцях, вироблення навиків виконання складних будівельних операцій, вивчення складних будівельних процесів);

4. Ремонтна (моделювання порядку проведення будь-яких ремонтних робіт, вивчення послідовності операцій проведення ремонтних робіт);

5. Виробнича (моделювання роботи зразків для кращого розуміння їх роботи зсередини, моделювання процесів збірки і виготовлення складних виробів для вироблення необхідних навиків);

6. Військова (розробка різних тренінгів по вивченню роботи зброї, танків, літаків і іншого, емуляція різних військових деятельностей і активностей).



2. Постановка задачі

Для того, щоб розробити симулятор водіння транспортним засобом з урахуванням правил дорожнього руху слід розв'язати наступні задачі.

1. Розробити логіку, яка буде основною перевагою серед багатьох схожих за значенням та функціоналом програм. Логіка полягає в «розумінні» програми правил дорожнього руху, тобто зробити все можливе для того, щоб програмний продукт у кінцевому вигляді працював належним чином.

2. Розробити карту руху транспортним засобом. При можливості розробити карту де користувач може рухатись без яких небудь перешкод, тобто «відкритий світ».

3. Розробка інтерфейсу одна з складових, яка допомагає або заважає користуванню продуктом, тож інтерфейс має бути інтуїтивно зрозумілим та допомагати користувачу в отриманні потрібних навичок та знань.

4. Підтримка користувача у разі виникнення побажань щодо роботи програмного продукту.

5. Розробити алгоритми які не будуть навантажувати систему пристрою (мобільного телефону або планшету) які працюють на базі операційної системи Android, тобто швидкість роботи програми.

6. Також одним з головних критеріїв роботи програми для пристроїв які працюють на базі операційної системи Android це - енергозатратність додатку. Використання алгоритмів та контенту які працюють при використанні малої енергозатратності.

Вхідними даними являються дотики до сенсорного екрану, після дотику відбувається зчитування координат точки дотику та визначення подальших дій програми. Вихідними даними є відображення знаків дорожніх правил які порушуються під час водіння транспортним засобом у вигляді спливаючих піктограм.



3. Характеристика програмного продукту

Всі програми за характером використання та категоріям користувачів можна поділити на два класи: утилітарні програми («програми для себе») та програмні продукти («вироби»).

Утилітарні програми призначені для задоволення потреб їхніх розробників.

Найчастіше утилітарні програми виконують роль сервісу в технології обробки даних або є програмами вирішення функціональних завдань, не призначених для широкого розповсюдження.

Програмні продукти призначені для задоволення потреб користувачів, широкого розповсюджування та продажу.

Програмний продукт - комплекс взаємопов'язаних програм для вирішення певної проблеми (завдання) масового попиту, підготовлений до реалізації як будь-який вид промислової продукції.

Програмний продукт має бути відповідним чином підготовлений до експлуатації, мати необхідну технічну документацію, надавати сервіс і гарантію надійної роботи програми, мати товарний знак виробника, а також бажано наявність коду державної реєстрації.

Тільки за таких умов створений програмний комплекс може бути названий програмним продуктом.

Програмні продукти можуть створюватися як:

- Індивідуальна розробка під заказ.

При індивідуальній розробці фірма-розробник створює оригінальний програмний продукт, що враховує специфіку обробки даних для конкретного замовника.

- Розробка для масового розповсюдження серед користувачів.

При розробці для масового поширення фірма-розробник, з одного боку, має забезпечити універсальність виконуваних функцій обробки даних, з іншого боку, гнучкість і можливість налаштування програмного продукту на умови конкретного застосування.

Відмінною особливістю програмних продуктів повинна бути їх системність - функціональна повнота і завершеність реалізованих функцій обробки, які застосовуються в сукупності.

Як правило, програмні продукти вимагають супроводу, який здійснюється спеціалізованими фірмами - розповсюджувачами програм (дистриб'юторами), рідше - фірмами-розробниками.

Супровід програм масового застосування пов'язане з великими трудовитратами - виправлення виявлених помилок, створення нових версій програм та ін.

Супровід програмного продукту - підтримка працездатності програмного продукту, перехід на його нові версії, внесення змін, виправлення виявлених помилок та ін.

Програмний продукт розробляється на основі промислової технології виконання проектних робіт із застосуванням сучасних інструментальних засобів програмування.

Специфіка полягає в унікальності процесу розробки алгоритмів і програм, що залежить від характеру обробки інформації і використовуваних інструментальних засобів. На створення програмних продуктів витрачаються значні ресурси - трудові, матеріальні, фінансові; потрібна висока кваліфікація розробників.

Програмні продукти на відміну від традиційних програмних виробів не мають строго регламентованого набору якісних характеристик, що задаються при створенні програм, або ці характеристики неможливо заздалегідь точно вказати або оцінити, тому що одні й ті ж функції обробки, що забезпечуються програмним засобом, можуть мати різну глибину опрацювання.

Навіть час і витрати на розробку програмних продуктів не можуть бути визначені з великим ступенем точності заздалегідь.

Основні характеристики програм:

- Алгоритмічна складність (логіка алгоритмів обробки інформації);

- Склад і глибина опрацювання реалізованих функцій обробки;

- Повнота і системність функцій обробки;

- Обсяг файлів програм;

- Вимоги до операційної системи і технічним засобам обробки з боку програмного засобу;

- Обсяг дискової пам'яті;

- Розмір оперативної пам'яті для запуску програм;

- Тип процесора;

- Версія операційної системи;

- Наявність обчислювальної мережі та ін.

Нижче представлені головні характеристики якості програмних продуктів.

Мобільність програмних продуктів означає їх незалежність від технічного комплексу системи обробки даних, операційного середовища, мережевої технології обробки даних, специфіки предметної області та ін.

Мобільний (багатоплатформений) програмний продукт може бути встановлений на різних моделях комп'ютерів і операційних систем, без обмежень на його експлуатацію в умовах обчислювальної мережі. Функції обробки такого програмного продукту придатні для масового використання без будь-яких змін.

Надійність роботи програмного продукту визначається стійкістю роботи програми, точністю виконання запропонованих функцій обробки, можливістю діагностики виникають у процесі роботи програм помилок.

Ефективність програмного продукту оцінюється як з позицій прямого його призначення - вимог користувача, так і з точки зору витрат обчислювальних ресурсів, необхідних для його експлуатації.

Облік людського фактору означає забезпечення дружнього інтерфейсу для роботи кінцевого користувача, наявність контекстно-залежної підказки або навчальної системи в складі програмного засобу, хорошою документації для освоєння і використання закладених в програмному засобі функціональних можливостей, аналіз і діагностику виниклих помилок та ін.

Модифікуємість програмних продуктів означає здатність до внесення змін, наприклад розширення функцій обробки, перехід на іншу технічну базу обробки.

Комунікативність програмних продуктів заснована на максимально можливої їх інтеграції з іншими програмами , забезпеченні обміну даними в загальних форматах подання ( експорт / імпорт баз даних, впровадження або зв'язування об'єктів обробки та ін.).



4. Середовище розробки ігрових додатків

На даний час з розвитком інформаційних технологій також удосконалюється і комп'ютерні засоби де використовуються ці технології. Але не дивлячись на те, що комп'ютери стають все потужнішими і потужнішими люди, які постійно працюють з ними стикаються з проблемою мобільності. І саме тому багато хто користується мобільними пристроями на різноманітних операційних системах, таких як Android, iOS та ін. За допомогою таких пристроїв можна досягти результатів як при роботі з комп'ютером.

Додатки на мобільні телефони або планшети можуть класифікуватися так:

1. Системні додатки. Програми, які дозволяють використовувати додаткові опції, налаштування ПО і телефону, називаються системними. До них відносяться не тільки настройщики, а й файлові менеджери, всілякі програми для роботи з камерою і так далі.

2. Ігри. Великого поширення набули програми, які дозволяють користувачам «розважитися» або відпочити. Ігрова індустрія на смартфонах досягла дуже високого рівня, сьогодні є як повноцінні проекти для мобільних ОС, так і порти старих, але колись дуже популярних гри з ПК.

3. Навігація. Так як велика кількість пристроїв має GPS датчик то телефон або планшет може бути використаний як повноцінний навігатор.

4. Мультимедіа. Розвиток технологій дозволив використовувати мобільні пристрої в розважальних цілях, де можна переглядати фільми чи слухати музику.

Програмний продукт який працює на базі мобільної операційної системи може бути реалізований як додаток у вигляді зручного нам вікна з настільної операційної системи (наприклад Windows 7), так і у вигляді гри.

Існує багато середовищ розробки таких додатків як ігри.

- Game Maker. Система для створення ігор для Mac OS 7.5 і вище, вперше випущена в 1995 році. Середовище розробки відрізняється тим, що розробляє виключно для ігрові додатки системи Macintosh.

- Construct 2. це легкий і зручний в освоєнні конструктор двомірних ігор для Windows, що розробляється компанією Scirra. Є другою покращеною версією програми Construct Classic, що вийшла в 2007 році.

- 3D Rad. Є безкоштовним інструментом розробки який використовується для створення 3D-ігор, інтерактивних 3D-додатків і фізики на основі моделювання для Microsoft Windows XP/Vista/7. Роботи, створені з 3D Rad можуть бути доставлені до кінцевого користувача, як автономні додатки або веб-аплети.

- NeoAxis Game Engine SDK - безкоштовна середовище розробки 3D проектів будь-якого типу і складності. Середа призначена для використання в таких областях, як створення відеоігор, розробка тренажерів, розробка систем віртуальних реальностей, візуалізація. Включає в себе повноцінний набір інструментів для швидкої і логічною розробки сучасних 3D проектів.

- Unreal Development Kit (UDK) - є вільним видання Unreal Engine 3, що забезпечує доступ до функцій ігрового 3D двигуна і професійного інструментарію, що використовується в розвитку відеоігор, архітектурної візуалізації, розробки мобільних ігор, 3D-візуалізації, цифрових фільмів та багато іншого.

- CryENGINE 3 Free SDК - є високорозвиненим рішенням для розробки, що перевершує всі очікування щодо створення ігор-блокбастерів, фільмів, високоякісного моделювання та інтерактивних програм. Третя ітерація фірмового двигуна від Crytek є єдиним все-в-одному рішенням для розробки ігор для PC, Xbox 360 ™, і PlayStation ® 3.

- Unity3D (Unity) - це мультиплатформений інструмент для розробки двох- та тримірних додатків і ігор, що працює під операційними системами Windows і OS X. Створені за допомогою Unity програми працюють під операційними системами Windows, OS X, Windows Phone, Android, Apple iOS, Linux, а також на ігрових приставках Wii, PlayStation 3 і Xbox 360. Є можливість створювати інтернет-додатки за допомогою спеціального модуля, що підключається до браузера Unity, а також за допомогою експериментальної реалізації в рамках модуля Adobe Flash Player. Програми, створені за допомогою Unity, підтримують DirectX і OpenGL.

Розглянемо Unity3D детальніше,так як для реалізації проекту було обрано саме це середовище розробки.

Вибір впав на Unity тому що :

1. Є можливість розробки програмного продукту під різні платформи, такі як Android, iOS, Windows, OS X.

2. Існує багато літератури за допомогою якої можна отримати знання про технології які використовує це середовище розробки.

3. Наявність 3D редактора де можна з легкістю тестувати, редагувати проект. Також завдяки такому редактору працювати з 3D об'єктами набагато простіше о скільки Unity підтримує багато форматів які можуть бути імпортовані в редактор.

4. При написанні будь-якого скрипту є можливість обирати середовище розробки таку як, наприклад, Visual Studio 2010.

5. Дуже добре розвинута система підтримки користувача, де можна залишати свої побажання щодо роботи програми.

6. Графіка. Unity робить більшу частину роботи самостійно, наприклад, при копіюванні якогось зображення середа розробки автоматично конвертує в текстуру або те що користувачеві потрібно.

· Ігровий двигун повністю пов'язаний з середовищем розробки. Це дозволяє прямо в редакторі тестувати гру;

· Сценарії на C#, JavaScript (модифікація) і Boo;

· Робота с ресурсами можлива через Drag&Drop. Інтерфейс редактора легко налаштувати;

· Здійснена система успадкування об'єктів;

· Підтримка імпорту з дуже великої кількості форматів;

· Вбудована підтримка мережі;

· Є рішення для спільної розробки -- Version Control;

· А також можна використовувати відповідний користувачеві спосіб контроля версій. Наприклад, Tortoise SVN або Source Gear;

· Для покращення графіки яка присутня у додатках розробленими Unity3D використовується систему DirectX.

DirectX (від англ. Direct - прямо, напряму) - це набір API (англ. application programming interface) розроблених для вирішення завдань, пов'язаних з програмуванням під Microsoft Windows. Найбільш широко використовується при написанні комп'ютерних ігор. Пакет засобів розробки DirectX під Microsoft Windows безкоштовно доступний на сайті Microsoft. Найчастіше оновлені версії DirectX поставляються разом з ігровими додатками.

Через те, що багато людей користуються мобільними пристроями на базі операційної системи Android, додаток, який розробляється, працює тільки на цій операційній системі.



5. Операційна система Android

Android - операційна система для смартфонів, планшетних комп'ютерів, електронних книг, цифрових програвачів, наручних годинників, ігрових приставок, нетбуків, смартбуків, окулярів Google та інших пристроїв. Заснована на ядрі Linux і власної реалізації Java від Google. Спочатку розроблялася компанією Android Inc., Яку потім купила Google. Згодом Google ініціювала створення альянсу Open Handset Alliance (OHA), який зараз займається підтримкою і подальшим розвитком платформи. Android дозволяє створювати Java-додатки, що керують пристроєм через розроблені Google бібліотеки. Android Native Development Kit дозволяє портувати (але не налагоджувати) бібліотеки і компоненти додатків, написані на Сі та інших мовах.

У липні 2005 року корпорація Google купила компанію Android Inc. 5 листопада 2007 компанія офіційно оголосила про створення Open Handset Alliance (OHA) і анонсувала відкриту мобільну платформу Android, а 12 листопада 2007 року Альянс представив першу версію пакету для розробників Android « Early Look » SDK і емулятор Android.

23 вересня 2008 офіційно вийшла перша версія операційної системи, а також перший повноцінний пакет розробника SDK 1.0, Release 1. З моменту виходу першої версії платформи сталося кілька оновлень системи. Ці оновлення, як правило, стосуються виправлення виявлених помилок і додавання нової функціональності в систему.

Архітектура Android формується з набору компонентів. Кожен компонент побудований на основі елементів більш низького рівня. На рис. 5.1 представлено короткий огляд головних компонентів Android.



Рис..5.1

Ядро. У нижній частині малюнка можна побачити, що ядро Linux пропонує основні драйвери для апаратних компонентів системи. Крім того, ядро відповідає за пам'ять, управління процесами, підтримку мережі і т.д.

Android - це не просто ще один дистрибутив Linux для мобільних пристроїв. При розробці для Android вам, швидше за все, не доведеться мати справу з самі ядром Linux. З точки зору програміста, Android - платформа, абстрагуюча розробника від ядра і дозволяє йому створювати код на Java. Android володіє декількома корисними можливостями. По-перше, це фреймворк, що пропонує великий набір API для створення різних типів додатків і, крім того, що забезпечує можливості повторного використання та заміни компонентів, які пропонуються платформою і сторонніми додатками. По-друге, наявність віртуальної машини Dalvik, що відповідає за запуск додатків на Android. Крім того, до послуг розробника набір графічних бібліотек для 2D- і 3D-додатків, підтримка мультимедіа-форматів (Ogg Vorbis, МРЗ, MPEG-4, Н.264, PNG), API для доступу до камери, GPS, компасом, акселерометру, сенсорному екрану, джойстику і клавіатурі. Є навіть спеціальне API для відтворення фонових звукових ефектів, яке знадобиться при розробці ігор.

Фреймворк додатку. Фреймворк додатку пов'язує разом системні бібліотеки і середовище виконання, створюючи таким чином призначений для користувача бік Android. Фреймворк управляє додатками і пропонує продумане середовище, в якому вони працюють. Розробники створюють програми для цього фреймворку за допомогою набору програмних інтерфейсів на Java, що охоплюють такі області, як розробка користувальницького інтерфейсу, фонові служби, оповіщення, управління ресурсами, доступ до периферії і т.д. Все ключові програми, що поставляються разом з ОС Android (наприклад, поштовий клієнт), написані за допомогою цих API.

Додатки, будь вони з інтерфейсом або з фоновими службами, можуть зв'язуватися з іншими додатками. Цей зв'язок дозволяє одному з додатком використовувати компоненти інших. Простий приклад - програма, яка робить фотознімок і потім обробляє його. Додаток запитує у системи компонент іншої програми, що забезпечує цю дію. Далі перший додаток може повторно використовувати цей компонент (наприклад, від вбудованого програми камери або від фотогалереї). Подібний алгоритм знімає значну частину ноші з програміста, а також дозволяє налаштувати різноманіття аспектів поведінки Android.

На рис. 5.2., що розташована нижче, показана типова архітектура ігрового додатку.



Рис 5.2

The User Input (введення користувачем даних) - у грі це подія, що генерується торкаючись до певної ділянки екрану. Ігровий двигун контролює подію OnTouch і при кожному дотику ми записуємо його координати. Якщо координати знаходяться всередині певних ділянок управління на екрані ми будемо інструктувати ігровий двигун, щоб вжити заходів. Наприклад, якщо сенсорна відбувається в колі призначеного для переміщення нашого героя двигун отримує повідомлення і наш герой отримує вказівку рухатися. Якщо зброя контролер коло торкнувся обладнані зброя буде доручено звільнити його кулі. Все це призводить до зміни стану акторів, стан яких змінюється від наших жестів, тобто вводу.

Game logic (логіка гри). Цей модуль відповідальний за зміну станів акторів у грі. Актори - кожен об'єкт, який має стан. Наприклад ми торкаємось верхньої половини контролера руху героя і це призводить до розрахунку швидкості героя відповідно до позиції контролера руху, тобто пальця користувача.

На рисунку 5.3 світло зелене коло представляє наш палець, торкаючись зони управління. Модуль введення користувачем даних повідомляє ігровий двигун (ігрову логіку) та також забезпечує координатами. dх і dу відстані в пікселях щодо центру контролер кола. Ігровий двигун розраховує нову швидкість і напрям руху та встановлює для нашого героя нову швидкість та напрямом в який він буде рухатися.

Рис. 5.3

Audio (Аудіо). Цей модуль буде видавати звук відповідно до поточного стану. Оскільки майже кожен об'єкт/актор видає звук у різних станах і через те, що пристрій на якому запускається гра має обмежену кількість каналів (скільки звуків може звучати за раз) повинен вирішити який звук видавати першим.

Graphics (Графіка). Цей модуль забезпечує рендер ігрового стану на дисплей телефону. Це може бути так просто, як малюнок безпосередньо на полотні, отриманої з точки зору або з окремим буфером графіки, а потім передається в цілях, які можуть бути звичайний вид або вид OpenGL.

Рендеринг визначається в FPS, що означає кількість кадрів в секунду. Якщо ми маємо 30FPS, це означає, що ми відображаємо 30 зображень кожну секунду. Для мобільного пристрою 30FPS дуже добре.

Output (Вихідний результат). Вихідним результатом є - результат як звуку, так і зображення і, в деяких випадках, вібрація.



6. Етапи розробки ігрового додатку

При розробці будь-якого ігрового додатку слід дотримуватися такі етапи :

1. Ідея. Без ідеї не можливо розпочати розробку, так як не має що розробляти. Тож в першу чергу потрібно знайти ідею.

2. Проектування архітектури додатку. До того як братися до безпосереднього програмування потрібно завчасно вияснити які класи потрібні в даному проекті, які ресурси будуть задіяні в грі, наприклад, звук, графіка або база даних та інше.

3. Контент. Придумати сюжет який би був неповторним та міг зацікавити користувача. Також невід'ємною частиною будь-яких ігор є музика та графіка, яка повинна позитивно впливати на сприймання гри користувача. Частина яку потрібно зробити досконало це геймплей, щоб гравець відчував той сюжет який був заздалегідь розробленим.

4. Програмування. На цьому етапі всі задумки, які були раніше на папері переносяться в комп'ютер у вигляді коду або того чи іншого контенту. Після того як все було зроблено, випускається бета версія для тестування.

5. Тестування. Під час тестування виявляються помилки які згодом, якщо не виправити, можуть стати проблемою в правильній роботі програмного продукту. На цьому етапі тестується застосунок і виявляються та справляються всі помилки, якщо такі є.

6. Випуск робочої версії. Після того як програма була протестована і були справленні всі знайдені помилки, програмний продукт вже повністю готовий для роботи з користувачами.

7. Підтримка. Якщо при роботі з програмою користувач знаходить помилку або не коректну роботу програми, тоді він може залишити побажання щодо зміни чого небудь на e-mail який зазначений в програмі.

Відповідно до ідеї додатку слід віднести її до відповідного жанру гри.

На даний момент ігри поділяються на такі жанри:

· Екшен -ігри (Action) і аркади ( Arcade). Ці ігри залучають своїх шанувальників перевірити швидкість реакції. Дія розвивається дуже швидко, і перемогти можна тільки злившись з клавіатурою (або мишею) в єдине ціле і довівши рухи до повного автоматизму.

Найпопулярніші серед екшен-ігор - тривимірні ( 3D) шутери («стрілялки») від першої особи, такi як Quake (Id Software) або Unreal (Епічна MegaGames/GT Interactive).

До екшен-ігор відносяться платформні гри («платформери»), наприклад Oddworld : Абе Exoddus (Oddworld Жителі/GT Interactive) або Серце пітьми (Дивовижне Студія/Interplay), а також деякі ігри з видом від третьої особи.

· Екшен-ігри. Однин з найпопулярніших жанрів. Рамки цього жанру досить широкі і включають в себе ігри з найрізноманітнішими родзинками. Наприклад, Half-Life класичний ЗD-шутер, заснований на глибокому, захоплюючому сюжеті.

· Стратегії. Стратегічні ігри роблять ставку на логічне мислення і тверезий розрахунок. Точний розподіл часу і ресурсів тут зазвичай важливіше швидкості дій і залучення персонажа. Шлях до перемоги лежить через розробку оптимальної тактики і чітке виконання планів, причому творці гри, як правило, залишають управління (підвладним вам народом/ армією/бойовою одиницею) повністю на розсуд гравця.

Цей жанр в свою чергу поділяється на: покрокові, стратегії в реальному часі.

· Пригоди, гра-пригода , з перших секунд занурює гравця в світ ,повний таємниць і головоломок. У таких іграх зазвичай присутній лінійний сюжет, згідно з яким головний герой повинен досягти якоїсь вищої мети, спілкуючись з іншими персонажами і використовуючи різні предмети. Іноді тут можуть зустрітися і елементи екшен-ігри.

· Рольові ігри ( RPG). Рольові ігри, або РПГ (RPG або CRPG, Комп'ютер Рольові ігри), - це практично те ж саме , що і пригоди, але в них більше уваги приділяється розвитку основних персонажів, зростанню їх умінь і можливостей (що відбивається підвищенням числових характеристик), а також діалогам і стратегії сутичок, ніж вирішенню головоломок.

В іграх цього жанру гравець стикається з великими епічними подвигами і величезними фантастичними світами, повними допоміжних персонажів, керованих комп'ютером (неігрових персонажів, NPC).

До того ж, якщо в класичних іграх-пригодах сюжет задано раз і назавжди (або лінійний), то в рольових іграх часто саме від гравця залежить, як повернеться справа. Нерідко присутні і додаткові завдання, не пов'язані безпосередньо з основним сюжетом.

· Головоломки ( логічні ігри ). До головоломок, чи логічним (іноді їх називають ще класичними) іграм, відносяться карткові ігри, ігри зі словами та настільні ігри: шахи, шашки, нарди, хрестики-нулики, маджонг, різноманітні пасьянси. Останнім часом до «класики » стали також відносити і найпростіші комп'ютерні ігри раннього періоду, наприклад тетріс, сапер.

· Симулятор - ігри, які дають можливість симуляції та управління тим чи іншим процесом з реального життя.

Так як в дипломному проекті розробляється симулятор водіння транспортним засобом з урахуванням правил дорожнього руху розглянемо жанр симулятор детальніше. Цей жанр в свою чергу поділяється на такі симулятори як:

o Технічні. За допомогою комп'ютера як найбільш повно імітує фізичну поведінку і управління яким небудь складним об'єктом технічної системи.

o Аркадні - спрощена версія технічного симулятору, нерідко з альтернативною фізикою. Різницею від окремого жанру аркад є наявність фізичної моделі.

o Спортивні - імітація будь-якої спортивної гри. Гра ведеться від імені учасника або тренера. При створенні спортивних симуляторів однаково важливі реалізм , швидкість реакції і тактика.

Кожна гра має свою перспективу перегляду. Нижче наведені короткі характеристики основних типів ігровий перспективи.

· Ігри від першої особи (від першої особи ). Як вже зазначалося, подібна перспектива особливо улюблена розробниками екшен-ігор. У більшості ЗD-шутерів гравець бачить навколишній світ очима свого персонажа. Приклади: Duke Nukem, Turok: Dinosaur Hunter.

Вид від першої особи використовується і в інших жанрах. Серед них симулятори (Microsoft Combat Flight Simulator), ігри-пригоди (John Saul's The Blackstone Chronicles), стратегії (Battlezone) та рольові ігри (Lands of Lore III).

· Ігри від третьої особи (від третьої особи). Ця перспектива, відома також як «вид з-за плеча», дозволяє гравцю спостерігати на екрані свого героя. Її теж досить часто використовують в сучасних іграх, тим більше що більшість з них - тривимірні. У грі «з-за плеча» є свої переваги. Вона дозволяє гравцю не тільки розширити кут зору, але і планувати можливі ходи героя, бачити, куди він може піти, що неможливо, якщо ви граєте «від першої особи ».

Перспектива «від третьої особи» використовується в багатьох іграх - як комп'ютерних, так і консольних.

· Ігри з висоти пташиного польоту (зверху вниз). Ви бачите ігровий простір зверху, як би пролiтаючи над ним. Зазвичай така перспектива з'являється в стратегічних іграх (як у покрокові, так і в РТС ) - вона дозволяє гравцеві вільно командувати своїми військами або мирними жителями, дає можливість швидко оцінювати ситуацію. Приклади : StarCraft, Цивілізація, Steel Panthers і Panzer General (SSI) .

· Ігри в ізометричної проекції. Їх часто плутають з іграми з висоти пташиного польоту. Ви спостерігаєте за грою не просто зверху, а як би зверху і з боку, що створює враження тривимірності відбувається. Ця перспектива використовується в Diablo, Ворота Балдура.

· Ігри з видом збоку. Вид збоку - типова перспектива для двомірних екшен-ігор і аркад. Зараз він стає все менш і менш популярним, хоча наприкінці 80-х - початку 90-х років широко використовувався в «платформерах». Приклади: серії ігор Mario Brothers.

· Ігри в текстовому режимі. Ігор, які не використовують графіку взагалі або використовують її дуже мало - зовсім небагато. Крім класичних текстових рольових ігор початку вісімдесятих, на кшталт знаменитого серіалу Zork від компанії Інфоком або «Автостопом по Галактиці» Дугласа Адамса, непоганим прикладом текстової гри є більш сучасна іграшка під назвою Ви не знаєте Джека.

програмний планшет симулятор транспортний



7. Опис програмного продукту який розробляється

Програмний продукт являє собою симулятор водіння транспортним засобом з урахуванням правил дорожнього руху.

При створенні симулятору водіння транспортним засобом з урахуванням правил дорожнього руху ставилися такі цілі:

1) зробити все можливе, щоб водіння транспортним засобом було найбільш реалістичнішим і нагадувало водіння справжнім транспортним засобом, тобто фізика автомобіля який використовується в програмі;

2) можливість оновлення програмного продукту для подальшого збільшення кількості знаків дорожнього руху та логіки дорожніх правил;

3) інтуїтивно зрозумілий інтерфейс який не загромаджує екран при користуванні даної програми. (легкість в експлуатації)

4) для того щоб програма працювала коректно потрібно, щоб вона запускалась на всіх мобільних телефонах які працюють на операційній системі Android. Тобто підтримка всіх версій операційної системи Android з можливістю оновлення програмного продукту з виходом нової версії Android;

5) плавна робота програми, тобто робота без затримок для покращення користування програмою та зменшення навантаження на очі користувача.

6) зробити все можливе для того, щоб програма використовувала як найменше електроенергії з батарейки мобільного телефону. Таким чином збільшуючи тривалість роботи з програмою.

Перш за все ця програма розроблялась для того, щоб отримати або освіжити в пам'яті знання про правила дорожнього руху. Також щоб зацікавити користувача та зробити користування програмою схожу більш як на гру, де використовується приємний інтерфейс, але не має чітко визначених правил, а навпаки, користувач вирішує сам що робити, наприклад, в яку сторону їхати.

До функціональних вимог слід віднести наступні :

· правильність логіки програми де чітко спрацьовують візуальні попередження про порушення правил дорожнього рух;

· недопустимість затримки в роботі програми;

· чітка робота всіх елементів управління програми;

1.7 Архітектура

Unity - є чудовою платформою для створення прототипів.

Вона має гарний робочий процес для імпорту контенту, і відносно легко зв'язати логіку для об'єктів та групових об'єктів у сцені для того, щоб зробити демо версію додатку.

Існують такі підходи як створення набору моно збірок (тобто dll), що інкапсулює ігрову логіку, а також модульних тестів і т.д.

Архітектура Unity додатку схожа з web додатком тим, що основна логіка програми повинна роби розташована на серверній стороні, а також інші медіа файли, які часто використовуються у додатках.

Основним принципом програмування за допомогою Unity є - компонентно-орієнтоване програмування (КОП).

Компонентно-орієнтоване програмування виникло як свого роду дисципліна, тобто набір певних обмежень, що накладаються на механізм ООП, коли стало ясно, що безконтрольне використання ООП призводить до проблем з надійністю великих програмних комплексів. Це так звана проблема крихких базових типів, проблема може проявитися при спробі змінити реалізацію типу-предка навіть при незмінних інтерфейсах його методів неможливо, не порушивши коректність функціонування типів-нащадків.

Можна сказати, що КОП - це таке ООП, яке підпорядковане вимогам, безпеки «старого» структурного і модульного програмування приблизно в тому вигляді, в якому ці вимоги були реалізовані в класичній Модулі-2.

КОП можна описати приблизно такою формулою:

КОП = ООП + Модульність (включаючи схованість інформації та пізніше зв'язування модулів, тобто можливість довантажувати необхідні модулі в процесі виконання програми, а не заздалегідь, як це зазвичай робиться в старих системах програмування) + Безпека (статичний контроль типів змінних і автоматичне управління пам'яттю) - Успадкування реалізації через кордони модулів.

Останній рядок означає, що КОП забороняється успадковувати від типів, реалізованих в інших модулях; успадковувати можна тільки абстрактним, чисто інтерфейсним типами (помічених атрибутом abstract).

Архітектура додатку, який розробляється, представлена нижче.

Рис. 7.1.1

На рисунку 1.7.1.1 зображені всі компоненти, які забезпечують роботу симулятора транспортним засобом з урахуванням правил дорожнього руху.

Input (Ввід даних). Вводом даних є доторкання пальця користувача до екрану пристрою на якому зображені кнопки тієї чи іншої дії. Наприклад, якщо користувач доторкнувся до педалі газу, то автомобіль буде збільшувати свою швидкість.

Check touch (Перевірка дотику). Так як програма працює з сенсорним екраном пристрою то требі проводити перевірки щодо попадання дотику на ділянки які несуть в собі певний функціонал. Це робиться для того, щоб користувач чітко усвідомлював область кнопок які там є. Якщо дотик був нанесений на ділянку екрану де немає жодної кнопки, тоді програма переходить в режим очікування на дотик окремої функціональної ділянки.

Game Logic (Логіка гри). Без цього компоненту додаток не вважається симулятором. В ньому міститься весь фунціонал програми, тобто всі методи які забезпечують роботу додатку.

GPU або Graphics processing unit (Графічний процесор). Ця складова архітектури застосунку відповідає за графіку, тобто кожен раз коли користувач доторкується до екрану пристрою цей процесор, якщо були зміни у об'єктів, перемальовує сцену. Наприклад користувач натиснув на газ і змінив положення автомобіля на декілька метрів, в цей час графічний процесор перераховує всі ці зміни.

...